凸輪機(jī)構(gòu)工作過程及從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的簡(jiǎn)易教學(xué)

劉靜 張道更 成茹

[摘要]根據(jù)凸輪機(jī)構(gòu)的教學(xué)目標(biāo)和學(xué)生的學(xué)習(xí)規(guī)律，以生為本，采用多種方式，以啟發(fā)學(xué)生的思維為核心，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)、積極、自覺地掌握知識(shí)，調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)積極性，達(dá)到學(xué)以致用的目的。

[關(guān)鍵詞]啟發(fā)式教學(xué);凸輪機(jī)構(gòu);應(yīng)用

在各種機(jī)器中，為實(shí)現(xiàn)某些特殊或復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，常采用凸輪機(jī)構(gòu)。凸輪機(jī)構(gòu)在各種機(jī)械中有大量的應(yīng)用，即使在現(xiàn)代化程度很高的自動(dòng)機(jī)械中，凸輪機(jī)構(gòu)的作用也是不可替代的。

在學(xué)習(xí)凸輪這一章內(nèi)容時(shí)，制定了學(xué)習(xí)目標(biāo)，要求學(xué)生掌握凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)、應(yīng)用和分類，了解從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律，掌握盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)方法。并且在掌握理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，達(dá)到能力目標(biāo)，即培養(yǎng)具有對(duì)不同的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行定性分析的能力;能根據(jù)不同的工作條件，利用圖解法進(jìn)行凸輪曲線設(shè)計(jì)。

一、凸輪的工作過程分析

凸輪機(jī)構(gòu)根據(jù)凸輪的形狀、從動(dòng)件的形狀和主動(dòng)件與從動(dòng)件的鎖合方式可分為很多種類，本文以對(duì)心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)為例，詳細(xì)闡述了凸輪機(jī)構(gòu)的教學(xué)中如何引用啟發(fā)式教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生更好地學(xué)習(xí)，能夠輕松地掌握枯燥乏味的知識(shí)。如圖1所示為凸輪機(jī)構(gòu)工作過程及從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

首先確定平面凸輪機(jī)構(gòu)的基本參數(shù)：基圓、推程運(yùn)動(dòng)角、遠(yuǎn)休止角、回程運(yùn)動(dòng)角、近休止角。

（1）基圓：凸輪輪廓上各點(diǎn)的輪廓向徑是不相等的，以凸輪輪廓最小向徑rb為半徑所作的圓，rb為基圓半徑。

（2）推程運(yùn)動(dòng)角：當(dāng)凸輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)過Ψ時(shí)，隨著凸輪向徑的逐漸增大從動(dòng)件由最低點(diǎn)上升到最高點(diǎn)，這一過程稱為推程，對(duì)應(yīng)凸輪轉(zhuǎn)過的角度Ψ稱為推程角;從動(dòng)件在推程中移動(dòng)的距離h稱為行程。如圖1所示從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

（3）遠(yuǎn)休止角：從B點(diǎn)到c點(diǎn)凸輪轉(zhuǎn)過Ψs時(shí)，由于凸輪向徑不變，從動(dòng)件停留在最高點(diǎn)不動(dòng)，這一過程稱為遠(yuǎn)停程，對(duì)應(yīng)凸輪轉(zhuǎn)過的角度Ψs為遠(yuǎn)休止角。

（4）回程：從c點(diǎn)到D點(diǎn)凸輪轉(zhuǎn)過Ψ時(shí)，由于凸輪向徑逐漸減小，從動(dòng)件停由最高點(diǎn)返回最低點(diǎn)，這一過程稱為回程，對(duì)應(yīng)凸輪轉(zhuǎn)過的角度Ψ為回程角。從動(dòng)件在回程中移動(dòng)的距離也為h。

（5）近休止角：從D點(diǎn)到A點(diǎn)凸輪轉(zhuǎn)過Ψs時(shí)，由于凸輪向徑不變，從動(dòng)件停留在最低點(diǎn)不動(dòng)，這一過程稱為近停程，對(duì)應(yīng)凸輪轉(zhuǎn)過的角度Ψs為近休止角。

二、從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律

凸輪機(jī)構(gòu)完成的一個(gè)循環(huán)：推程—遠(yuǎn)停程—回程—近停程。凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)件重復(fù)上述的升—?！怠５倪\(yùn)動(dòng)循環(huán)，實(shí)際中從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)也可以是有一次停程或沒有停程的循環(huán)。從動(dòng)件升、停的高度與凸輪主動(dòng)件的向徑變化有關(guān)。凸輪向徑增大時(shí)，從動(dòng)件會(huì)隨著向徑的增大上升;相反，凸輪向徑減小時(shí)，從動(dòng)件會(huì)隨著向徑的減小而下降;凸輪向徑不變時(shí)，即凸輪向徑為rb，處于基圓圓弧時(shí)，從動(dòng)件此刻不運(yùn)動(dòng)?？梢?，凸輪輪廓的變化直接決定從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并且在凸輪向徑最大處，從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)到達(dá)最高點(diǎn)。

三、凸輪機(jī)構(gòu)工作過程及從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的簡(jiǎn)易教學(xué)

通常，我們會(huì)根據(jù)凸輪的運(yùn)動(dòng)和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)，從A—B—C—D—A循環(huán)過程一步步講解凸輪機(jī)構(gòu)的工作過程，這個(gè)過程復(fù)雜無味。如何尋找簡(jiǎn)易方法，能夠使學(xué)生們通俗易懂的掌握凸輪結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程讓教師陷入沉思。

凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)完成了一個(gè)循環(huán)：推程—遠(yuǎn)停程—回程—近停程。

（1）如果對(duì)應(yīng)到爬山過程就是，爬山—山頂休息—下山—回家休息。在爬山過程中是很辛苦的，所以爬山者希望有人推一把，使他們能夠很容易爬到山頂，這個(gè)過程對(duì)應(yīng)的就是凸輪運(yùn)動(dòng)的推程，爬山所用的時(shí)間相當(dāng)于推程中的推程角。

（2）當(dāng)爬山者到達(dá)山頂后，由于在爬山過程中消耗了很多精力和體力，此刻的爬山者是非常累的，需要休息，所以在山頂休息了片刻。同時(shí)此刻處于山頂，已經(jīng)到達(dá)最高點(diǎn)，相當(dāng)于從動(dòng)件到達(dá)了它的行程h，即從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)的最高點(diǎn)。此一過程對(duì)應(yīng)的是凸輪運(yùn)動(dòng)的遠(yuǎn)停程，歇息時(shí)間相當(dāng)于凸輪運(yùn)動(dòng)中的遠(yuǎn)停程角，并且此刻的休息是暫時(shí)的，離家又遠(yuǎn)，所以可記憶為遠(yuǎn)停程，離家遠(yuǎn)休息的時(shí)刻。

（3）在山頂歇息一段時(shí)間后，該下山回家了，這一過程就是講解的凸輪運(yùn)動(dòng)回程，下山時(shí)間對(duì)應(yīng)著凸輪運(yùn)動(dòng)的回程角。下山的高度相當(dāng)于從動(dòng)件下降的高度。

（4）下山后，爬山者已經(jīng)累壞了，需在家休養(yǎng)生息，此過程對(duì)應(yīng)著凸輪運(yùn)動(dòng)的近停程。近停程角對(duì)應(yīng)于在家休息時(shí)間。

通過利用爬山的過程講解凸輪運(yùn)動(dòng)的過程，不僅改善了常規(guī)的講解模式，同時(shí)吸引了學(xué)生的注意力，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。最重要的是，通過這個(gè)例子，學(xué)生能夠記住凸輪運(yùn)動(dòng)過程，牢牢掌握此過程的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。不僅提高教學(xué)效率，同時(shí)啟發(fā)學(xué)生們的思維，課堂教學(xué)效果得到很好的反饋。

這個(gè)方法可理解為啟發(fā)式教學(xué)中的聯(lián)想法，這種方法不僅能夠應(yīng)用于對(duì)心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)，同樣適用于偏置直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)。

當(dāng)然，在教學(xué)中，作為教師可充分發(fā)揮自己的想象力，多多聯(lián)想事物之間的聯(lián)系，使課堂變得簡(jiǎn)單易懂。這樣才能夠使我們的課堂擺脫枯燥乏味，避免填鴨式教學(xué)，使我們的課堂變得更加生動(dòng)有趣。